复合材料的铺层展开技术研究

纤维增强复合材料由于其优良性能,在航空领域有了越来越广泛的应用。但是复杂曲面铺层的区域划分以及剪口处理技术、铺层曲面的展开技术、数控下料技术等关键技术尚未得到很好解决,因此复合材料设计制造的数字化程度不高。本文主要针对复合材料制造过程中的复杂曲面展开问题进行了相关的研究工作,根据复合材料铺层时的变形特点提出了一种可用的双基线铺层展开方法。

二维编织碳纤维增强树脂复合材料一步法铺层展开

二维编织碳纤维增强树脂复合材料的铺层展开质量对铺覆过程和产品质量有直接且显著的影响。本文针对二维编织碳纤维增强树脂复合材料铺层展开问题进行了研究,建立复合材料材料、随体和全局坐标系,并基于连续介质理论根据坐标系间的转换关系构建了非正交各向异性本构模型;完成了二维编织碳纤维增强树脂复合材料力学性能试验,包括测量复合材料拉伸性能的单向拉伸试验和测量剪切性能的镜框剪切试验;开发了二维编织碳纤维增强树脂复合材料一步法铺层展开算法并基于FORTRAN语言编写了自主可控的一步法铺层展开求解器。计算了口盖零件展开构型,展开构型轮廓线与实验结果分布趋势相同且最大误差仅为5.0 mm,相对误差仅为1.9%;剪切角计算结果与实验分布趋势一致且最大误差仅为4°,验证了一步法铺层展开算法和求解器的有效性。

自动铺带技术在复合材料小尺寸低曲率制件批量化制造上的应用

通过FiberSim软件对低曲率三维复合材料零件铺层进行二维化展开,再利用CATIA进行多零件二维排版,完成批量制造零件再设计工作。采用自动铺带编程技术进行多零件编程,最后通过铺带机实现小尺寸、低曲率结构零件的批量化制造。该方法为小尺寸、低曲率结构复合材料制件批量自动化制造提供了一种技术途径,解决了以往只能依靠手工铺贴的问题,大大提高零件制造质量及效率,提高了材料利用率,降低制造成本,同时也为自动铺带机拓展了一个非常好的新应用场景,推动自动铺带技术的应用发展。